CN210374739U

CN210374739U - 基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管

Info

Publication number: CN210374739U
Application number: CN201920837093.1U
Authority: CN
Inventors: 张桂英; 胡学功
Original assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Current assignee: Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2029-06-04

Abstract

本实用新型提供一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，包括：底板，一侧通过热界面材料与发热源相连；顶板，位于所述底板的上方；管翅式冷凝段，与所述顶板相连，包括多个顶端密封的冷凝管，所述冷凝管外设置有翅片；以及支撑柱，一端连接底板上，另一端与所述顶板或冷凝管顶端连接，起支撑或回液的作用；所述底板、顶板与管翅式冷凝段组成密闭的蒸气腔，所述蒸气腔内充有液态相变介质；所述基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管适用于大功率及高功率密度的LED芯片、计算机主板、航空航天发热元件、高功率密度光电子及其他发热元件的被动冷却装置上。

Description

基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管

技术领域

本实用新型涉及散热技术领域，尤其涉及一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，可应用于大功率及高功率密度的LED芯片、计算机主板、航空航天发热元件、高功率密度光电子及其他发热元件的冷却装置上。

背景技术

随着微电子机械加工技术的不断更新、新型材料的研制，电子产品发展正朝着高度集成化、微型化甚至达到分子级别。高计算速率使得电子芯片的功率密度不断提升到新的高度，从最初的几十瓦已经逐步上升到 300W/cm²，不断聚集的电子产品废热使电子产品在短时间温度急剧升高。过高的温度降低产品的稳定性和使用精度，同时会加速产品的衰老，降低循环使用寿命。因此，电子产品的散热技术正逐步成为电子产品更新换代的瓶颈，安全高效的散热技术研发成为目前电子产品领域的重中之重。

电子产品最初的冷板加装风扇强制对流，由于空气热容小，散热能力有限。液体强制流动换热、强制流动沸腾相变换热虽换热性能优良，但系统复杂，安全性差，不适合独立元件，如笔记本电脑主板、LED灯等小型发热元件使用。蒸气腔热管利用液体相变，具有良好的均温性和散热能力，成为目前被动式散热的主流技术，然而此类蒸气腔热管，如何提升相变介质的相变效率进而提升散热效率，成为亟待解决的问题。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本实用新型提供了一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，以缓解现有技术中平板式蒸气腔热管散热效果差等技术问题。

(二)技术方案

本实用新型提供一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，包括：底板1，一侧通过热界面材料6-1与发热源6相连；顶板3，位于所述底板1 上方；管翅式冷凝段，与所述顶板3相连，包括多个顶端密封的冷凝管4，所述冷凝管4外设置有翅片5；以及支撑柱2，一端连接底板1上，另一端与所述顶板3或冷凝管顶端连接，起支撑或回液的作用；所述底板1、顶板3与管翅式冷凝段组成密闭的蒸气腔，所述蒸气腔内充有液态相变介质。

在本实用新型实施例中，所述底板1在蒸气腔一侧表面的结构包括：微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

在本实用新型实施例中，所述底板1的边缘设置有定位槽8；所述底板1或顶板3上开设有通孔，用于充液孔或抽真空，所述通孔直径为3～6mm。

在本实用新型实施例中，所述冷凝管4的内壁面设置有冷凝管微槽4-1，所述冷凝管微槽4-1的横截面形状包括：矩形、三角形、梯形或半圆形中至少一种，所述冷凝管微槽4-1宽度、深度及相邻冷凝管微槽4-1的间距为0.05～2mm。

在本实用新型实施例中，所述冷凝管4的内壁面表面的结构包括：微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

在本实用新型实施例中，所述支撑柱2与所述冷凝管4顶端连接时，其与所述冷凝管4同心布置，所述支撑柱2与冷凝管4内壁之间的间距为 3～12mm。

在本实用新型实施例中，所述支撑柱2的表面设置有支撑柱微槽2-1，与冷凝管微槽4-1结构参数相同；所述支撑柱2的表面结构还包括：金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

在本实用新型实施例中，所述冷凝管4外的翅片5分为多组，每组翅片以辐射的方式安装在冷凝管4外周向，每组中的翅片与相邻组中的翅片交错排列。

在本实用新型实施例中，还包括风扇9，用于加强所述冷凝管4与空气的强制对流。

在本实用新型实施例中，所述翅片5的厚度为0.1～1mm，高度为 10～30mm，相邻翅片5的间距3～10mm；所述冷凝管4的内径3～15mm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)相变介质相变效率提高；

(2)系统结构简洁、安全性高；

(3)散热效率提高。

附图说明

图1是本实用新型实施例基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的剖面结构及工作原理示意图。

图2是本实用新型实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管中顶板及管翅式冷凝段的结构示意图。

图3是本实用新型实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管中冷凝管的结构示意图；其中，图3(a)为剖面结构示意图；图3(b)为立体结构示意图。

图4是本实用新型实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的底板结构示意图；其中，图4(a)为底板上表面的结构示意图；图4(b) 为底板下表面的结构示意图。

图5是本实用新型另一实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的装配关系示意图。

图6是图5所示基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的底板及支撑柱结构示意图。

图7是本实用新型又一实施例的冷凝管的结构示意图。

图8是本实用新型实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管中冷凝管圆周形式排列的示意图。

图9是本实用新型实施例的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管采取强制风冷散热形式的示意图。

【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

1：底板； 2：支撑柱；

2-1：支撑柱微槽； 3：顶板；

4：冷凝管； 4-1：冷凝管微槽；

5：翅片； 6：发热源；

6-1：热界面材料； 7：通孔；

8：定位槽； 9：风扇。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，利用冷凝管及外壁翅片扩展了扁平式蒸气腔热管的冷凝面积，并利用冷凝管内壁进行回液，使均匀排列的冷凝管与顶板、底板组成三维立体式相变介质相变空间，大大提升扁平式蒸气腔热管的散热能力，当相变介质从底板吸收由热源传递过来的热量发生相变，相变后的气体进入冷凝管内冷凝并沿冷凝管内壁或者嵌入其中的支撑柱外壁再次流入蒸气腔，进一步发生相变吸收从底板传递过来的热量；本实用新型特别适用于大功率及高功率密度的 LED芯片、计算机主板、航空航天发热元件、高功率密度光电子及其他发热元件的被动冷却装置上。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

在本实用新型实施例中，提供一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，结合图1至图8所示，所述基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，包括：

底板1，一侧通过热界面材料(6-1)与发热源6相连；

顶板3，位于所述底板1的上方；

管翅式冷凝段，与所述顶板相连，包括多个顶端密封的冷凝管4，所述冷凝管4外设置有翅片5；

所述底板、顶板与管翅式冷凝段组成密闭的蒸气腔，所述蒸气腔内充有液态相变介质；

支撑柱2，一端连接底板1上，另一端与所述顶板3或冷凝管顶端连接，起支撑或回液的作用。

所述发热源6的发热量通过所述的热界面材料、底板1热传导至蒸气腔中的液态相变介质，所述相变介质吸收并发生相变，相变后的气体进入所述冷凝管4内冷凝并沿冷凝管4内壁或所述支撑柱2外壁再次流入蒸气腔，再次从底板吸收热量，如此循环。

所述热界面材料是高导热性能和高延展性的材料，包括：导热硅胶、导热硅脂。热界面材料(6-1)设置在发热源6与导热底板1之间，可以大大降低接触热阻。

在本实用新型实施例中，所述底板1为圆盘结构，在蒸气腔一侧的表面结构包括：微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构、有机织物等；上述表面结构用于强化液体工质在底板1表面的沸腾换热，提升换热效率。所述底板1边缘有定位槽8；所述底板1在热源6之外的部分开有通孔7，用于充液孔或抽真空，所述通孔直径为3～6mm。

在本实用新型实施例中，所述冷凝管4以线性排列或同心排列的方式均匀排布在顶板上。翅片式冷凝管4与顶板可以整体铸造而成，也可以分体加工再焊接而成。所述冷凝管4外表面设置有翅片5，翅片5和冷凝管 4的共同作用是大大增加了蒸气腔热管的冷凝段与空气的换热面积，所述冷凝管4与翅片5是通过分体套装或整体成型的方式加工而成；所述翅片 5的厚度为0.1～1mm，翅片5高度(沿冷凝管4径向)为10～30mm，相邻翅片5的间距3～10mm；所述冷凝管4的内径3～15mm，所述冷凝管4的长度为底板1直径的0.9～1.5倍；所述冷凝管4的内壁面设置有冷凝管微槽4-1，其是液体回液的路径，冷凝管微槽4-1的横截面可以是矩形、三角形、梯形及其他可加工的形状，其宽度、深度及间距为0.05～2mm。所述冷凝管4的内壁面的结构除微槽外，还可以包括：金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构、有机织物等。

在本实用新型实施例中，所述支撑柱2为圆柱，一端与底板相连，另一端与顶板3相连，并分布于翅片式冷凝管4之间的间隙中，长度是顶板 3和底板1之间的距离，在蒸气腔抽真空时起支撑顶板、防止蒸气腔热管发生变形，该实施例中，支撑柱与底板可以是整体成型的方式加工。

在本实用新型的另一实施例中，如图5所示，所述支撑柱2插入冷凝管44内，一端与底板1相连，另一端与冷凝管4顶端相连，与为同心布置，该实施例中，支撑柱2为表面有支撑柱微槽2-1的圆柱，其支撑柱微槽2-1的结构参数与实施例一中的冷凝管4内壁的冷凝管微槽4-1的参数一致，且支撑柱2表面除了微槽结构外，还可以是金属粉末烧结、金属丝网烧结、有机织物等多孔结构材料。支撑柱与冷凝管4内壁之间的间距为 3～12mm。在本实施例中，所述支撑柱无法与底板整体成型加工，需单独加工后，以嵌入底板1或者焊接在底板1表面的方式与底板1连接。其长度为底板1与冷凝管4顶端内表面的距离，顶端与冷凝管4内部可固定也可以紧密贴合。

在本实用新型的又一实施例中，如图7所示，所述冷凝管4外的翅片分为多组，每组翅片以辐射的方式安装在冷凝管4外周向，每组中的翅片与相邻的一组翅片交叉排列，以增强对流换热过程中的空气扰动，强化换热。每组翅片之间的间距为5～10mm，每组翅片的长度(沿冷凝管4周向) 为10～40mm。

在本实用新型的其他实施例中，所述基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的冷凝管4排列方式除均匀阵列排布外，还可以均匀交叉排列和圆周排列，如图8所示的为圆周排列。

在本实用新型的其他实施例中，所述基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管的应用形式包括：完全被动式散热和或风冷式散热两种。完全被动式散热即除了热管本身，没有其他的辅助散热的装置。风冷式散热如图9所示，在冷凝管4顶端可加一风扇9，通过带翅片冷凝管4与空气的强制对流，带走热管从发热源处吸收的热量。

至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管有了清楚的认识。

综上所述，本实用新型提供了一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，利用冷凝管及外壁翅片扩展了扁平式蒸气腔热管的冷凝面积，并利用冷凝管内壁进行回液，使均匀排列的冷凝管与顶板、底板组成三维立体式相变介质相变空间，大大提升扁平式蒸气腔热管的散热能力。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本实用新型的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/ 或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，包括：

底板(1)，一侧通过热界面材料(6-1)与发热源(6)相连；

顶板(3)，位于所述底板(1)上方；

管翅式冷凝段，与所述顶板(3)相连，包括多个顶端密封的冷凝管(4)，所述冷凝管(4)外设置有翅片(5)；以及

支撑柱(2)，一端连接底板(1)上，另一端与所述顶板(3)或冷凝管顶端连接，起支撑或回液的作用；

所述底板(1)、顶板(3)与管翅式冷凝段组成密闭的蒸气腔，所述蒸气腔内充有液态相变介质。

2.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述底板(1)在蒸气腔一侧表面的结构包括：微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

3.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述底板(1)的边缘设置有定位槽(8)；所述底板(1)或顶板(3)上开设有通孔，用于充液孔或抽真空，所述通孔直径为3～6mm。

4.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述冷凝管(4)的内壁面设置有冷凝管微槽(4-1)，所述冷凝管微槽(4-1)的横截面形状包括：矩形、三角形、梯形或半圆形中至少一种，所述冷凝管微槽(4-1)宽度、深度及相邻冷凝管微槽(4-1)的间距为0.05～2mm。

5.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述冷凝管(4)的内壁面表面的结构包括：微槽结构、金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

6.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述支撑柱(2)与所述冷凝管(4)顶端连接时，其与所述冷凝管(4)同心布置，所述支撑柱(2)与冷凝管(4)内壁之间的间距为3～12mm。

7.根据权利要求6所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述支撑柱(2)的表面设置有支撑柱微槽(2-1)，与冷凝管微槽(4-1)结构参数相同；所述支撑柱(2)的表面结构还包括：金属粉末烧结多孔结构、金属丝网烧结多孔结构或有机织物中至少一种。

8.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述冷凝管(4)外的翅片(5)分为多组，每组翅片以辐射的方式安装在冷凝管(4)外周向，每组中的翅片与相邻组中的翅片交错排列。

9.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，还包括风扇(9)，用于加强所述冷凝管(4)与空气的强制对流。

10.根据权利要求1所述的基于管翅式冷凝段的蒸气腔平板热管，其特征在于，所述翅片(5)的厚度为0.1～1mm，高度为10～30mm，相邻翅片(5)的间距3～10mm；所述冷凝管(4)的内径3～15mm。